Come si rompe - Earth Learning Idea

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Come si rompe
Simulare l'erosione delle rocce in un ambiente desertico
Chiedete agli studenti di ragionare sulle situazioni
in cui i materiali si espandono per il calore e si
contraggono per il freddo. Gli esempi possono
includere i ponti d'acciaio oppure le strade in
calcestruzzo, in entrambi i casi devono, infatti,
essere inclusi dei giunti di dilatazione per
consentire il movimento delle varie parti tra di loro.
Spiegate poi che le rocce si espandono e si
contraggono in modo analogo e che questo può
portare alla loro rottura. Questa è una forma di
alterazione fisica.
Rivedete le procedure di sicurezza per l'utilizzo
dei becchi Bunsen e assicuratevi che gli alunni
indossino protezioni per gli occhi.
Chiedete loro di indagare su quanto velocemente
un piccolo pezzo di granito si possa rompere se
viene tenuto sopra alla fiamma di un Bunsen fino
a quando non brilla e viene poi immerso in un
bicchiere di acqua fredda. Potrebbero essere fatti
piccoli gruppi di studenti per vedere quale provoca
la rottura del granito per primo.
• I graniti contengono almeno tre differenti
minerali; vi aspettate che riscaldando e
raffreddando in questo modo una roccia
contenente un solo minerale questa si rompa più
o meno velocemente?
Chiedete poi agli studenti di provare a riscaldare
una roccia composta da un solo minerale, come
ad esempio la quarzite, per verificare la loro
previsione circa la velocità con cui si rompe. (Non
utilizzate il calcare perché il suo riscaldamento
conduce alla fratturazione chimica piuttosto che
ad una sua rottura di tipo fisico).
Chiedete agli studenti:
• Quanti cicli di riscaldamento e raffreddamento
sono stati necessari?
• In che modo questa attività di laboratorio
rappresenta il mondo naturale ?
• Sulla Terra dove potrebbero verificarsi tali
processi?
• Quali parti dell'esercizio sono irrealistiche?
Rottura della superficie esterna di una roccia ignea, California.
(Foto: USGS h4vh1e; © Bruce Molnia, Terra Photographics)
I marmi del diavolo, Australia; un masso fratturato da parte
dagli agenti atmosferici, soprattutto da temperature estreme.
(Foto: Principe Roy, Taipei, Flicr.com. Questo file è sotto la
licenza 2.0 Licenza Creative Commons Attribution)
Riscaldamento di porzione di granito -lavoro di squadra! (Foto
di Peter Kennett).
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Guida per l’insegnante
Tempo necessario per completare l’attività: 10
Titolo: Come si rompe
minuti per i frammenti di granito, più altri 10 minuti
per l’estensione con rocce differenti
Sottotitolo: Simulare l'erosione delle rocce che
avviene in ambiente desertico
Abilità in uscita: Gli studenti potranno:
• sapere come utilizzare un becco Bunsen in
Argomento: Piccole porzioni di granito e di altre
modo sicuro ed efficace;
rocce vengono riscaldate sopra ad una fiamma e
• dimostrare come cicli di riscaldamento e
poi vengono rapidamente raffreddate
raffreddamento di una roccia ne possono causare
la rottura;
Età degli alunni: 11 - 18 anni
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• prevedere cosa succedere quando una roccia
con un unico minerale viene riscaldata e
raffreddata;
• spiegare le somiglianze e le differenze che
esistono tra le indagini di laboratorio e un
ambiente desertico reale.
Attività successive:
Indagare gli altri mezzi attraverso cui le rocce
sono alterate, come la bagnatura ripetuta e
l'essiccazione, il gelo e il disgelo; ecc.
Studiare immagini di rocce esposte nelle regioni
desertiche e cercare le prove della loro
degradazione.
Contesto: gli agenti atmosferici possono essere
studiati in una lezione di scienze nell’ambito dei
processi fisici, oppure quando si considera lo
sviluppo del paesaggio in una lezione di geografia
o science della Terra.
Principi fondamentali:
•
La maggior parte dei materiali si espandono
quando vengono riscaldati e si contraggono
quando sono raffreddati, ciò determina
tensioni all'interno del materiale stesso,
anche nelle rocce.
•
Le rocce composte da più di un tipo di
minerale sono maggiormente soggette
all’azione degli agenti atmosferici a causa del
diverso coefficiente di dilatazione di ogni
minerale.
•
Gli esperimenti hanno dimostrato che la
rottura delle rocce per riscaldando e
raffreddamento viene accelerata dalla
presenza di poca acqua, rispetto ad un
ambiente completamente asciutto. In un vero
e proprio deserto l’acqua proviene dalla
rugiada.
• Quanti sono stati i cicli di riscaldamento e
raffreddamento necessari? Il numero varia con la
dimensione del frammento di granito e la
pressione del gas nel Bunsen, ma solitamente
sono necessari circa cinque cicli. Gli alunni
possono avere bisogno di istruzioni per tenere il
granito sopra alla porzione blu della fiamma, dove
le temperature sono più alte, e non in quella
interna verde-blu. Alcuni noteranno il
trasferimento di calore che si verifica tra la roccia
e l'acqua, quindi sarà necessario cambiare
l'acqua ogni volta che si immerge il blocco
riscaldato.
• In che modo questa attività di laboratorio
rappresenta il mondo naturale? Affinché le rocce
si rompano in questo modo, devono essere
esposte a rapide variazioni giornaliere della
temperatura, non solamente a quelle più graduali
associate ai cambiamenti stagionali.
• Quando potrebbero svolgersi sulla Terra tali
processi? Sotto i cieli tersi dei deserti caldi le
temperature possono raggiungere oltre i 50 °C
durante il giorno e scendere sotto a 0 °C durante
la notte. Il processo è accelerato dalla presenza di
umidità costituita dalla rugiada. Le rocce si
rompano con un suono simile a quello di un colpo
di fucile.
• In quali aspetti l’attività è realistica? Le
temperature raggiunte nella fiamma del Bunsen
sono molto più elevate di quelle che si
raggiungono in un deserto. In laboratorio, l'acqua
viene utilizzata per effettuare un raffreddamento
più veloce, ma nel deserto è l’irraggiamento del
calore nel cielo notturno che lo determina.
• I graniti contengono circa tre differenti minerali.
Vi aspettereste che una roccia contenente un solo
minerale si rompa più o meno velocemente, se
viene riscaldata e raffreddata in questo modo?
Ciascuno dei minerali che costituiscono il granito
ha un diverso coefficiente di dilatazione rispetto
agli altri, ciò determina ulteriori tensioni all’interno
della roccia riscaldata, rispetto ad una roccia,
come la quarzite, che è composta da un solo
minerale (quarzo). Si noti che anche il marmo e il
calcare sono fatti di un minerale soltanto, anche
se tali rocce non vengono utilizzate in questo
contesto. Quando sono riscaldati fortemente, il
marmo e il calcare subiscono una trasformazione
chimica e non un cambiamento fisico, come
invece accade al granito.
Sviluppo delle abilità cognitive:
Indagare la rottura della roccia è un'attività
costruttiva. Ragionare sulle differenze che
esistono tra il lavoro di laboratorio e il mondo
naturale comporta metacognizione. Fare il salto
mentale dal piccolo frammento di granito
all'ambiente desertico su larga scala richiede la
capacità di sviluppare connessioni.
Elenco dei materiali:
•
porzione di granito fino a circa 1 cm di
diametro (per esempio recuperate dagli scarti
dei produttori di piani di lavoro)
•
porzione di quarzite fino a circa 1 cm di
diametro
•
protezione per gli occhi
•
pinze
•
becco Bunsen
•
fiammiferi
•
contenitore con acqua fredda, ad esempio un
bicchiere da 250 ml
Fonte: The Dynamic Rock Cycle workshop, Earth
Science Education Unit, 1999 e segg ,
http://www.earthscienceeducation.com
Traduzione: La traduzione è stata realizzata a
cura di Lorenzo Lancellotti in collaborazione col
gruppo di ricerca sulla didattica delle Scienze
della Terra UNICAMearth dell'Università di
Camerino. Revisione a cura della Prof.ssa
Eleonora Paris dell'Università di Camerino
(www.unicam.it/geologia). Coordinamento
Dott.ssa Maddalena Macario PhD,
[email protected]. Per info sulle
attività del gruppo UNICAMearth:
(www.unicam.it/geologia/unicamearth)
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© Team Earthlearningidea. Il team Earthlearningidea (idee per insegnare le scienze della Terra) cerca di produrre con regolarità
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ai vari livelli scolastici, con una discussione online su ogni idea che ha la finalità di sviluppare un network di supporto globale.
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